Система подачи топлива судового дизельного двигателя Российский патент 2021 года по МПК F02B43/10 F02D19/06 F02M55/00 F02M43/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к дизельному двигателю, в частности к устройству подачи топлива дизельного двигателя.

Уровень техники

Сжигание ископаемых видов топлива в настоящее время привело к множеству экологических проблем. Дополнительно, ограниченные запасы ископаемых ресурсов определяют необходимость в поиске альтернативного топлива. Судовые двигателя сейчас в основном используют в качестве топлива нефтепродукты, которые не только выделяют большое количество парниковых газов и вредных газов, но также имеют определенные риски при хранении топлива, такие как опасность воспламенения и взрыва. В последние годы Международная морская организация (ИМО) выпустила более строгие правила по энергосбережению и снижению выбросов, и запрос на экологически чистые топлива постепенно выходит на первый план.

Многие экологически чистые топлива, такие как этанол, диметиловый эфир, биодизельное топливо и водород, были теоретически изучены и экспериментально проверены в двигателях. Наиболее многообещающими экологически чистыми топливами являются аммиак и водород, которые оба являются безопасными для окружающей среды, когда они полностью сгорают. Однако водород легко воспламеняется, взрывоопасен, труден для хранения и транспортировки, а также имеет высокую стоимость производства, что затрудняет его использование в двигателях. Аммиак является наиболее производимым химическим продуктом в мире с очень хорошо развитыми процессом производства и вспомогательным оборудованием, что позволяет быстро создавать заправочные станции для аммиака по всему миру. Кроме того, аммиак имеет хорошие характеристики горения, такие как октановое число, большая плотность энергии и умеренная теплотворная способность. Поэтому использование аммиака в качестве топлива является целесообразным и перспективным.

В настоящее время судовые дизельные двигатели используют в качестве топлива тяжелое нефтяное топливо, и их системы подачи топлива поэтому также предназначены для подачи тяжелого нефтяного топлива. Хотя суда нового типа сейчас применяют двухтопливную систему подачи топлива, двигатель не сжигает смесь из двух топлив в своем цилиндре, а сжигает разные топлива в разных районах плавания. Такая двухтопливная система подачи топлива, например, способна подавать легкое нефтяное топливо для двигателя в морских портах, но ее нельзя использовать в качестве системы подачи аммиачного топлива. Дополнительно, аммиак непосредственно подают в двигатель через обычный трубопровод для подачи топлива, что не только трудно для сжигания в двигателе, но также ведет к серьезным проблемам безопасности в случае утечки аммиака.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание системы подачи аммиачного топлива судового дизельного двигателя, которая может одновременно подавать два вида топлива, используя режим сжигания, в котором для сжигания смешивают аммиак и высокоактивное топливо.

Цель настоящего изобретения достигается следующим образом.

Система подачи аммиачного топлива судового дизельного двигателя в соответствии с настоящим изобретением включает в себя дизельный двигатель, резервуар для хранения аммиака и резервуар для топлива. Резервуар для хранения аммиака соединен с резервуаром для испарения, фильтровальной камерой, резервуаром для повышения давления и системой Common Rail высокого давления (системой HPCR), также называемой, например, как система впрыска топлива с общей топливной рампой или аккумуляторная топливная система, для аммиака, которые соединены последовательно с помощью трубопроводов подачи аммиака, при этом система HPCR для аммиака соединена с дизельным двигателем с помощью клапана впрыска аммиака, а резервуар для топлива соединен с системой HPCR для дизельного топлива, которая соединена с дизельным двигателем с помощью инжектора для дизельного топлива.

Настоящее изобретение также может включать следующее.

1. Трубопровод подачи аммиака представляет собой двустенный трубопровод, состоящий из внутреннего трубопровода и наружного трубопровода. Внутренний трубопровод представляет собой трубопровод для подачи аммиака, расположенный внутри наружного трубопровода, и наружный трубопровод представляет собой защитный трубопровод, на котором обеспечено устройство защиты от утечки аммиака. Устройство защиты от утечки аммиака включает в себя датчик утечки аммиака и индикатор утечки аммиака, при этом датчик утечки аммиака соединен с индикатором утечки аммиака, и конец датчика утечки аммиака расположен в наружном трубопроводе.

2. Устройство защиты от утечки аммиака расположено в нижней по потоку части каждой секции трубопровода подачи аммиака, и клапаны расположены на обоих концах каждой секции трубопровода подачи аммиака.

3. При повреждении внутреннего трубопровода во время подачи аммиака в трубопроводах подачи аммиака, аммиак будет вытекать из внутреннего трубопровода в наружный трубопровод, и затем течь вниз по потоку, приводимый в движение текущим воздухом, при этом датчик утечки аммиака обнаруживает сигнал концентрации аммиака и передает его на индикатор утечки аммиака для определения степени утечки. Если поврежденный трубопровод подачи аммиака необходимо заменить, он будет заменен новым трубопроводом после закрытия клапанов на обоих концах этого трубопровода.

Настоящее изобретение обеспечивает преимущества в том, что использование аммиачного топлива в судовом дизельном двигателе может в определенной степени уменьшить выбросы углерода и загрязняющих веществ. Аммиачное топливо имеет высокий уровень в отношении теплотворной способности и плотности энергии, и может быть легко сжижено для хранения, что уменьшает пространство для хранения топлива на судах. Кроме того, природа аммиачного топлива определяет, что аммиак не подвержен взрыву, что обеспечивает безопасность на судах. В случае утечки аммиачного топлива, это можно обнаружить при концентрации 5,3 млн^-1 (3,3 мг/м³) в воздухе из-за его сильного раздражающего запаха. В заключение следует отметить, что аммиак, который является самым производимым химическим продуктом в мире, имеет развитое вспомогательное оборудование и может быть быстро применен для энергоснабжения судов.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - структурная схема в соответствии с настоящим изобретением; и

Фиг. 2 - структурная схема трубопровода подачи аммиачного топлива.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение будет подробно описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Обращаясь к фиг. 1 и фиг. 2, система подачи аммиачного топлива обеспечивает чистый аммиак для двигателя. Аммиак представляет собой токсичный и раздражающий газ, который требует специальной защиты от утечки. Специальные трубопроводы подачи аммиака используют в настоящем изобретении. Трубопровод подачи аммиака состоит из двустенного трубопровода, в котором внутренний трубопровод представляет собой трубопровод для подачи аммиака, и наружный трубопровод представляет собой защитный трубопровод, который вентилируют в среднем каждые 2-5 минут. Датчик утечки аммиака и индикатор утечки аммиака установлены в нижней по потоку части защитного трубопровода для определения того, поврежден ли внутренний трубопровод или нет.

Система подачи аммиачного топлива, действующая как система подачи высокоактивного топлива, обеспечивает условия для сжигания аммиачного топлива в двигателе, и может подавать топлива, такие как природный газ, бензин, дизельное топливо и биодизельное топливо. Для системы подачи высокоактивного топлива в настоящем изобретении в качестве примера используется дизельное топливо.

В соответствии с настоящим изобретением параллельный контур для подачи аммиачного топлива содержит следующие компоненты.

1. Резервуар для хранения аммиака: выполнен с возможностью хранения жидкого аммиака, заправленного извне, с общим давлением хранения около 17 бар (1,7 МПа), и имеет манометр, электромагнитный клапан и другие обычные вспомогательные устройства, и соединен с резервуаром для испарения с помощью трубопроводов подачи аммиака.

2. Резервуар для испарения: выполнен с возможностью испарения жидкого аммиака из резервуара для хранения аммиака. Энергия, поглощаемая для испарения, может быть обеспечена за счет отходящего тепла газообразного продукта горения, тепла, поглощаемого в цикле охлаждения, или тепла, непосредственно поглощаемого из окружающей среды. Резервуар для испарения соединен с резервуаром для хранения топлива и фильтровальной камерой с помощью трубопроводов подачи аммиака.

3. Фильтровальная камера: выполнена с возможностью очистки аммиака путем отделения загрязняющих веществ и воды от аммиака. Фильтровальная камера соединена с резервуаром для испарения и резервуаром для повышения давления с помощью трубопроводов подачи аммиака.

4. Резервуар для повышения давления: выполнен с возможностью повышения давления очищенного аммиака и его выдачи в систему HPCR для аммиака, и поддержания стабильного давления в системе HPCR для аммиака. Резервуар для повышения давления соединен с фильтровальной камерой и системой HPCR для аммиака с помощью трубопроводов подачи аммиака.

5. Система HPCR для аммиака: выполнена с возможностью распределения жидкого аммиака высокого давления, обеспечиваемого резервуаром для повышения давления, во все клапаны впрыска аммиака, и действует в качестве аккумулятора давления с давлением около 70 бар (7,0 МПа). Система HPCR для аммиака включает в себя камеру общей топливной рампы, трубопровод для топлива высокого давления, электронный блок управления, различные датчики и исполнительные элементы, и соединена с резервуаром для повышения давления с помощью трубопроводов подачи аммиака, что может уменьшить отклонения давления в резервуаре для повышения давления во время подачи жидкого аммиака и колебания давления, вызываемые каждым клапаном впрыска во время процесса впрыска.

6. Клапан впрыска аммиака: имеет электронную систему впрыска, которая управляет моментом времени впрыска, количеством впрыскиваемого топлива и скоростью впрыска с помощью электромагнитного клапана, и также может гибким образом регулировать количество впрыскиваемого топлива во время пилотного впрыска и дополнительного впрыска и регулировать интервал между пилотным/дополнительным впрыском и основным впрыском в различных рабочих условиях. Давление впрыска во время впрыска аммиака составляет около 600-700 бар (60-70 МПа).

7. Трубопровод подачи аммиака: представляет собой двустенный трубопровод, состоящий из внутреннего трубопровода и наружного трубопровода, при этом аммиак течет через внутренний трубопровод и воздух течет через наружный трубопровод. Используется для прохождения аммиака.

8. Датчик утечки аммиака: выполнен с возможностью обнаруживать концентрацию аммиака в наружном трубопроводе трубопроводов подачи аммиака, и передавать сигнал на индикатор утечки аммиака.

9. Индикатор утечки аммиака: выполнен с возможностью принимать сигнал от датчика утечки аммиака для определения концентрации аммиака путем обработки сигнала, и выдавать сигнал тревоги при концентрации предупреждения.

В соответствии с настоящим изобретением параллельный контур для подачи дизельного топлива содержит следующие компоненты.

1. Резервуар для топлива: выполнен с возможностью хранения дизельного топлива, заправленного извне, аналогично существующим резервуарам для дизельного топлива.

2. Система HPCR для дизельного топлива: состоит из топливного насоса высокого давления, камеры общей топливной рампы, трубопровода для топлива высокого давления, электронного блока управления, различных датчиков и исполнительных элементов, и выполнена с возможностью поддерживать давление впрыска во время впрыска дизельного топлива, аналогично системам HPCR существующих дизельных двигателей.

3. Клапан впрыска дизельного топлива: выполнен с возможностью впрыска дизельного топлива под определенным давлением, аналогично клапанам впрыска существующих дизельных двигателей.

На фиг. 1 показана общая структурная схема системы подачи аммиачного топлива и принцип управления судового дизельного двигателя, включая резервуар 1 для хранения аммиака, трубопроводы 2 подачи аммиака, резервуар 3 для испарения, фильтровальную камеру 4, резервуар 5 для повышения давления, систему 6 HPCR для аммиака, клапаны 7 впрыска аммиака, резервуар 8 для топлива, систему 9 HPCR для дизельного топлива, инжектор 10 для дизельного топлива и дизельный двигатель 11. На фиг. 2 представлен вид в разрезе полости трубопровода подачи аммиачного топлива в соответствии с настоящим изобретением, включая наружный трубопровод и внутренний трубопровод 2, датчик 12 утечки аммиака и индикатор 13 утечки аммиака.

Вначале резервуар 1 для хранения аммиака судна заправляют жидким аммиаком на заправочной станции для аммиака. Жидкий аммиак в резервуаре 1 для хранения аммиака течет в резервуар 3 для испарения через трубопроводы 2 подачи аммиака. Резервуар 3 для испарения испаряет жидкий аммиак, и аммиак в виде пара проходит через трубопроводы 2 подачи аммиака и затем подвергается фильтрации в фильтровальной камере 4. Затем отфильтрованный аммиак проходит через трубопроводы подачи аммиака и далее подвергается повышению давления в резервуаре 5 для повышения давления. Резервуар 5 для повышения давления подает жидкий аммиак высокого давления в систему 6 HPCR для аммиака, которая предотвращает сильные отклонения давления в трубопроводе, чтобы подготовиться к впрыску.

Далее, когда для дизельного двигателя 11 требуется впрыск аммиачного топлива, аммиак в системе 6 HPCR для аммиака впрыскивают с помощью множества клапанов 7 впрыска аммиака, управляемых электронной системой управления.

В заключение, параллельный контур для подачи дизельного топлива аналогичен существующим параллельным контурам подачи дизельного топлива. Дизельное топливо, хранящееся в резервуаре 8 для топлива, подвергают повышению давления и вводят в систему 9 HPCR для дизельного топлива, и впрыскивают, управляя инжектором 10 для дизельного топлива, когда для дизельного двигателя 11 требуется дизельное топливо.

Обслуживание поврежденных трубопроводов подачи аммиака выполняют следующим образом. Датчик 12 утечки аммиака и индикатор 13 утечки аммиака обеспечены в нижней по потоку части каждой секции трубопровода подачи аммиака. Клапаны обеспечены на обоих концах каждой секции трубопровода подачи аммиака для управления открытием и перекрытием трубопровода подачи аммиака. В процессе подачи аммиака внутренний трубопровод будет повреждаться первым из-за коррозионной активности аммиака, и затем аммиак будет вытекать из внутреннего трубопровода в наружный трубопровод и течь вниз по потоку, приводимый в движение текущим воздухом. В итоге сигнал концентрации аммиака обнаруживается датчиком 12 утечки аммиака и передается на индикатор 13 утечки аммиака. Индикатор 13 утечки аммиака определяет степень утечки после обработки сигнала. Если поврежденный трубопровод подачи аммиака необходимо заменить, он будет заменен новым трубопроводом после закрытия клапанов на обоих концах этой секции, тем самым обеспечивая безопасность использования аммиака.

Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Предложена система подачи аммиачного топлива судового дизельного двигателя, которая содержит дизельный двигатель 11, резервуар 1 для хранения аммиака и резервуар 8 для топлива, при этом резервуар 1 для хранения аммиака соединен с резервуаром 3 для испарения, фильтровальной камерой 4, резервуаром 5 для повышения давления и системой HPCR 6 для аммиака, которые соединены последовательно с помощью трубопроводов подачи аммиака. Система HPCR 6 для аммиака соединена с дизельным двигателем 11 с помощью клапана 7 впрыска аммиака, а резервуар 8 для топлива соединен с системой HPCR 9 для дизельного топлива, которая далее соединена с дизельным двигателем 11 с помощью инжектора 10 для дизельного топлива. Настоящее изобретение обеспечивает возможность двигателю использовать аммиак в качестве топлива для сжигания и уменьшает экологические проблемы, такие как выбросы загрязняющих веществ. Настоящее изобретение использует режим сжигания, в котором для сжигания смешивают аммиак и высокоактивное топливо, что эффективным образом улучшает сжигание аммиака и увеличивает выходную мощность. Дополнительно, поглощение тепла при испарении аммиака можно применить в системе охлаждения судов, что увеличивает эффективность использования энергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система подачи аммиачного топлива судового дизельного двигателя, содержащая резервуар для хранения аммиака и резервуар для топлива, отличающаяся тем, что:

резервуар для хранения аммиака соединен с резервуаром для испарения, фильтровальной камерой, резервуаром для повышения давления и системой Common Rail высокого давления (системой HPCR) для аммиака, которые соединены последовательно с помощью трубопроводов подачи аммиака;

система HPCR для аммиака соединена с дизельным двигателем с помощью клапана впрыска аммиака;

резервуар для топлива соединен с системой HPCR для дизельного топлива, которая далее соединена с дизельным двигателем с помощью инжектора для дизельного топлива;

трубопровод подачи аммиака представляет собой двустенный трубопровод, состоящий из внутреннего трубопровода и наружного трубопровода;

внутренний трубопровод представляет собой трубопровод для подачи аммиака, расположенный внутри наружного трубопровода, а наружный трубопровод представляет собой защитный трубопровод, на котором обеспечено устройство защиты от утечки аммиака;

устройство защиты от утечки аммиака содержит датчик утечки аммиака и индикатор утечки аммиака;

датчик утечки аммиака соединен с индикатором утечки аммиака, и конец датчика утечки аммиака расположен в наружном трубопроводе;

устройство защиты от утечки аммиака расположено ниже по потоку каждой секции трубопровода подачи аммиака, и клапаны расположены на обоих концах каждой секции трубопровода подачи аммиака.

2. Система подачи аммиачного топлива судового дизельного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что при повреждении внутреннего трубопровода во время подачи аммиака в трубопроводах подачи аммиака аммиак будет вытекать из внутреннего трубопровода в наружный трубопровод и затем течь вниз по потоку, приводимый в движение текущим воздухом, при этом датчик утечки аммиака обнаруживает сигнал концентрации аммиака и передает его на индикатор утечки аммиака для определения степени утечки, причем, если поврежденный трубопровод подачи аммиака необходимо заменить, он будет заменен новым трубопроводом после закрытия клапанов на обоих концах этого трубопровода.